上地幔的岩石组构和各向异性

着重介绍了上地幔各向异性及其成因,研究内容和方法,各向异性研究的地球动力学意义,并强调指出橄榄石和辉石在塑性固态流动过程中产生的晶格优选方位或组构是导致上地幔各向异性最主要原因。     

中国东部上地幔岩石组构与稀土配分之间的关系

本文通过对中国东部新生代玄武岩中二辉橄榄岩包体的研究认为,上地幔岩石变形结构和组构类型在不同大地构造单元中的分布是不同的,据此,可划分为华北—东北上地幔弱变形域和东南沿海上地幔强变形域。与变形特征对应的东南沿海地区包体稀土元素配分型式为LREE富集型,华北—东北地区包体稀土元素配分型式则为平坦型和轻微LREE富集型,这表明上地幔流变剪切作用强度与稀土元素富集作用呈正相关,同时反映出上地幔流变状态的差异。根据包体变形特征,我们提出华北—东北地区与东南沿海地区中新生代具有截然不同的大地构造演化特征。     

南北构造带北段S波分裂研究及其动力学意义

南北构造带北段位于青藏高原东北缘及其向北东方向扩展的区域,其岩石圈变形特征对于探讨青藏高原东北缘变形机制及其扩展范围具有非常关键的意义。地震波各向异性能很好地反映上地幔的变形特征。因此,本文对布设在南北构造带北段的流动地震台站记录的远震波形资料进行S波分裂研究,获得了研究区上地幔各向异性图像以及该区岩石圈地幔的变形特征信息。S波分裂研究结果表明,研究区地震波各向异性来自于上地幔,区内不同构造单元上地幔各向异性方向不尽相同。快波方向分布显示,青藏高原东北缘,鄂尔多斯西缘以及贺兰构造带北段的快波方向主要表现为NW-SE向,与前人在银川地堑和贺兰构造带中、北部得到的NW-SE向的上地幔各向异性方向一致,显示这些地区岩石圈地幔变形一致,该结果表明青藏高原东北缘向北东方向扩展的影响范围已到达贺兰构造带北段。阿拉善地块内部快波方向显示为NE-SW向,与阿拉善地块北部存在的北东向展布的晚古生代岩浆岩方向一致,表明该NE-SW向的快波方向可能代表地是“化石”各向异性,是晚古生代阿拉善地块受到古亚洲洋闭合作用的结果。此外,鄂尔多斯地块内也存在NE-SW向的各向异性方向,与区内中-晚侏罗世存在的NE-SW向逆冲推覆构造方向一致,因此该各向异性方向也代表了“化石”各向异性,是鄂尔多斯地块受到古特提斯构造域的块体碰撞、古太平洋板块北西向俯冲以及西伯利亚板块向南俯冲共同作用的结果。     

地震波各向异性：窥测地球深部构造的“探针”

地震波各向异性日益成为不可忽视的地质地球物理现象。地球内部不同圈层（地壳、地幔和地核）都存在着地震波各向异性，并表现为不同的规模（小到单矿物和岩石，大到地体甚至上地幔）和强度。通过地震波各向异性可以间接获取岩石圈厚度、地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。主要从地震波各向异性的表现形式、原因及地质地球物理意义等方面对近年来大洋俯冲带、大陆裂谷、地幔转换带和大陆碰撞造山带（青藏高原）等构造环境中的研究成果进行了评述，讨论了各向异性[JP2]研究中需要重视的几个问题：①剪切波分辨率；②矿物组构研究；③其它各向异性成因机制。还强调了各向异性研究与流变学、高温高压岩石物理实验相结合的新方向。     

组构数值模拟的原理及其在地学中的应用

组构是指由岩石塑性变形导致多晶体的结晶学优势取向现象。组构的存在会增加岩石的各向异性,进而可能影响到岩石的后续变形。岩石组构包含了变形类型、运动学、变形环境、流变学特征等信息,因而成为显微构造学的重要内容。组构数值模拟是近年来得到重视的一种组构研究方法,它以晶体塑性理论为基础,利用计算机技术定量地模拟多晶岩石中组构的形成和演化。在晶体塑性理论中,晶体的塑性变形是由滑移系的剪切滑动导致的,由单晶塑性本构关系表征。多晶均匀化模型包括Sachs模型、Taylor模型、自洽模型和有限元模型,它们从不同角度描述了由单晶变形组成的多晶体变形。极图、反极图和取向分布函数被用来显示多晶体中各晶粒的空间取向。目前组构数值模拟在地学中的应用主要体现在各种单相和多相岩石的组构形成、重结晶作用下的组构形成、组构对地幔和地核地震波波速各向异性的影响等方面。     

华北克拉通上地幔变形及其动力学意义

华北克拉通从稳定到破坏的演化过程对有关地球动力学的经典理论提出了挑战,研究其独特的演化历史是固体地球科学研究的一项重要内容。上地幔矿物晶体的各向异性记录了上地幔发生构造变形的信息,研究上地幔地震波各向异性能够揭示现今和构造历史时期所发生的构造运动。本文总结了近年来作者在华北克拉通地区所进行的高密度、覆盖广泛的地震波横波分裂观测研究结果。横波分裂的快轴方向与绝对板块运动方向的不一致,以及横波分裂参数快速的空间变化特征表明了华北克拉通的SKS横波分裂主要反映上地幔的变形。观测结果表明：鄂尔多斯块体保留了克拉通较弱的各向异性特征,其西端体现了元古代克拉通拼合的变形特征; 中新生代华北克拉通破坏事件以不同的机制主导了华北克拉通中部和东部的上地幔变形,在东部地区北西-南东向的拉张应力作用使得快轴方向平行于拉张方向,而在中部则因受到较厚岩石圈的阻挡使得地幔流动改变了方向,因此造成了北东和北北东向的岩石圈拉张。     

不同温压下岩石弹性波速度、衰减及各向异性与组构的关系

结合岩石组构分析 ,阐述了岩石弹性波传播速度和衰减以及它们的各向异性与岩石组构之间的关系。在不同温压条件下对具有很强晶格优选方位的岩石样品的研究表明 ,随着围压的增加 ,波速和Q值均增大 ,但是在相互正交的 3个方向上 (垂直或平行于层理面及线理方向 )增大的速度并不相同 ,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关。观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的形成机理 ,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的晶格优选方位等构造因素有关 ;高围压下Q值各向异性与速度各向异性正好相反 ,可能是由于定向排列的矿物晶体沿不同方向其边界之间接触程度不同造成的。对岩石组构的研究不仅可以揭示岩体的变形机制、变形的动力学过程及其有关的热力学信息 ,还可以对宏观岩石的各种物理性质 ,尤其是力学特性 ,从微观机理上加以解释。文中特别强调了岩石组构分析对研究岩石物理性质的各向异性具有十分重要的意义。     

岩石圈地幔结构及其对中国大型盆地的演化意义

P_n波是通过莫霍面下方的上地幔顶部的地震波.由于P_n波的速度随温度和物质成分而变化, 以及P_n波各向异性可以反映地幔形变的历史.因此P_n波的速度以及各向异性成为探索岩石圈结构的重要工具.中国岩石圈地幔的P_n速度的特征是很高速的异常区和很低速的异常区呈镶嵌状出现, 反映了地质结构的不均匀性.西部大型盆地(塔里木、准噶尔、吐哈、柴达木和四川盆地) 具有较高的P_n速度和较弱的各向异性, 反映出这些盆地的岩石圈是冷的和坚硬的, 其变形较小.大面积的华北地区, 在太古代的基底下具有明显的P_n波低速度.研究结果表明与这些地区裂谷、岩石圈减薄和地幔上涌区相一致.P_n波各向异性与在最新(和目前正在进行) 的大规模变形期间, 岩石圈地幔沿NNE向右旋简单剪切相一致.华北的金矿藏以及华北和松辽盆地的石油储藏的位置明显地与该区的低P_n波速度区相吻合, 表明该区金属成矿和油储的形成与中、新生代以来在岩石圈地幔中的热活动, 以及壳幔之间的相互作用过程密切相关.      

磁化率各向异性与剪切带

岩石组构记录了地壳形成与演化的关键信息,提取这些信息对分析和恢复地球动力学过程具有重要意义.磁化率各向异性(AMS)是一种重要的岩石组构方法,可以有效地揭示岩石的应变特征,分析其地球动力学过程,是研究构造变形性质以及应力作用方式的有效手段.本文在梳理AMS的研究历史、主要成果和最新进展的基础上,系统阐述了AMS的基本原...     

祁连山玉石沟橄榄岩显微构造特征及演化

橄榄岩作为上地幔的主要成分,影响着上地幔的流变学行为,其显微构造记录了岩石形成发展过程中所经受的构造事件.通过对祁连山玉石沟橄榄岩样品的镜下显微构造观察、岩石组构测定及TEM位错分析,探讨了与变形相关的温度、围压、含水性和应变速率等因素,总结该岩石的变形机制和变形历史,并推断其形成发展时大地构造环境.研究表明,玉石沟橄榄岩产自上地幔,其变形改造经历了上地幔演化和脆-韧性变形2个阶段.上地幔演化阶段橄榄石发育明显的A型原生组构,电子背散射衍射技术（EBSD）测定的橄榄石显微组构表明,该地区橄榄岩形成于高温（＞ 1200℃）、低应力（＜350 MPa）、低应变速率、低含水量的地幔浅部环境条件下;脆-韧性变形阶段叠加改造了原生A型组构,而发育明显的D型次生组构.橄榄石变形主控因素为动态恢复作用,普遍发育亚晶粒、消光带和扭折显微构造等相关组构,并与透射电镜下所观察到的位错排对应,同时还发育以微破裂为主的一套脆性变形组构,表现出两组共轭剪破裂和另一组张性破裂等现象,揭示出与韧性动态恢复现象一致的应力场方向指示.     

岩石超塑性变形及其地球动力学意义综述

概述了岩石超塑性变形机制、显微构造特征、影响因素及其动力学意义。岩石超塑性是一种重要的岩石变形现象，是岩石在高温条件下发生极大应变量（＞1000％）的拉伸变形而不出现断裂的现象。岩石超塑性广泛分布于从上地壳到下地幔的各类岩石之中。根据变形产生因素的不同，岩石超塑性可分为结构超塑性和相变超塑性。岩石超塑性不是一种简单的变形机制，它与扩散蠕变和位错蠕变密切相关，是受扩散调节的晶粒边界滑移和位错蠕变共同竞争的结果。岩石超塑性的研究对解释糜棱岩的形成机制、下地壳莫霍面深地震反射体的成因、上地幔流变弱化以及深源地震的产生和突然消失具有重要的动力学意义。     

变形岩石的超声波研究

岩石的结构、构造往往具有不均一性，因而表现出物理力学性质的各向异性。超声波技术就是通过研究岩石的各向异性来了解岩石的构造变形特征和微观构造。本文论述了这一方法的基本原理，介绍了检测方法，探讨了如何应用此法来确定主应变轴的空间方位和划分不同构造变形期次、确定岩石中微孔隙的排列方位和矿物定向组构、恢复古构造应力汤、区分原生和次生各向异性等。     

湖南道县辉长岩包体的组构与波速各向异性研究及其意义

辉长岩包体的主要造岩矿物斜长石、单斜辉石的组构测定结果表明 :条带状辉长岩的斜长石组构为结晶b轴的优选定向 ,推测其成因是在重力作用占主导并伴有低应力的情况下形成的。宏观呈块状的辉长岩 ,在微观组构上仍有定向线理存在。经由组构、岩石密度、矿物组成计算得到的理论波速各向异性与实测波速得到的一致 ,从而表明地震波的各向异性对矿物组构的强烈依赖性。推测道县辉长岩包体的波速各向异性反映了下地壳地震波的一般特征。其组构特征反映了该区中、新生代下地壳的变形特征。     

橄榄石的晶格优选定向、含水量与地震波各向异性:对大陆俯冲带变形环境的约束

橄榄石在不同热动力学条件下形成的晶格优选定向是认识上地幔塑性变形与地震波各向异性的基础。本文通过总结橄榄石的晶格优选定向、含水量与地震波各向异性的研究进展,探讨大陆俯冲带的变形环境。绝大部分天然变形橄榄岩中的橄榄石都发育了[100](010)组构:[100]轴近平行于线理,(010)面平行或近平行于面理,使橄榄岩的最快P波速度近平行于线理,最大S波分裂平行面理并垂直线理。但来自超高压变质带的石榴石橄榄岩可发育[001](100)组构,使橄榄岩的最快P波速度和最小S波分裂方向垂直面理。近年来的变形实验与理论计算表明:超高压和低温是橄榄石组构从[100](010)向[001](100)转变的关键因素,而水对橄榄石流变行为的影响还有待进一步研究。对170个天然橄榄石结构水含量的统计结果表明:橄榄石含水量变化很大(0～170×10~(-6)H_2O),玄武岩中橄榄岩包体的橄榄石比较贫水,而所有富水橄榄石均来自克拉通金伯利岩中的石榴石橄榄岩。因此,除了水在上地幔的不均匀分布,橄榄岩折返过程中氢的扩散会强烈影响橄榄石的含水量。苏鲁芝麻房橄榄岩提供了以超高压、低温、贫流体为特征的大陆俯冲带中[001](100)橄榄石组构的实例。在俯冲的大陆板片中,橄榄石组构在120～220 km从[100](010)向[001](100)的转变可导致地震波各向异性突然降低,而且最快P波速度垂直于俯冲方向。     

鲁西地区韧性剪切带岩磁组构分析及其构造意义

岩石磁组构分析了可用来研究岩石的组构特征及构造变形。鲁西地区韧性剪切带岩石磁组构具有磁各异性度Ｐ和磁百分率各向异性值Ｈ高、磁化率量值椭球呈压扁状、磁面理发育而磁线理不发育的特点。区内韧性剪切带变形强烈,以压扁作用为主,最大主压应力方向近ＮＥ和Ｓ－Ｎ向,以右旋运动为主。韧性剪切带形成以后,区内主要经历了热蚀变和脆性变形,韧性变形很弱。     

北京崎峰茶金矿床X光岩石组构分析

岩石组构是指组成岩石的矿物在岩石中分布的各向异性,Ｘ光岩组分析就是运用Ｘ光衍射技术测定岩石结构要素－岩石中矿物分布的规律性。通过对北京崎峰茶金矿区含矿韧性－韧脆性变形岩石为Ｘ光岩组分析,认为该区岩石变形比较明显,石英变形机制是以中低温底面或近底面滑移为特征,而作为斜长角闪质岩石和长英质岩石的退变质矿物绿泥石和绢云母等片状矿物则平行变形面理定向排列。从岩石组构特点结合宏观构造分析可以推断,该区属于中     

各向异性花岗岩的强度和变形机制实验研究

<正>1研究背景在岩石流变实验研究中,大多数实验采用各向同性的均匀样品,其实验结果与地壳伸展和拆离断层形成相关的各向异性岩石的流变特征有很大差别。组构对片岩、片麻岩变形影响的实验研究结果表明,先存变形组构对岩石脆性破裂、半脆性流变的强度具有显著影响,对新组构的发育和形成具有明显控制作用,但大部分实验仅给出各向异性岩石强度,缺少流变参数和变形机制研究,对复杂组构岩石的塑性流变行为也不清楚。中地壳流变状态对地壳拆离断层的形成具有制约作用。开展具有先存组构岩石的流变实验,能     

从地震波各向异性到各向异性地震学: 地震波各向异性研究综述

介绍了地震波各向异性研究的发展历史和进展,着重叙述在地球各个圈层特别是地壳和上地幔中的地震波各向异性,及其在地球动力学和地震监测中的应用。地震波各向异性为动力地球作用过程的研究提供了一种崭新的手段,它的科学潜力是巨大的、空前的,正逐步形成一个地震学的重要分支——各向异性地震学。     

晶质岩石的地震波性质及其地质、地球物理意义

人类有关地球内部物质成份、结构和物理状态的认识绝大多数来自于地震波的资料,而地震波资料的正确解释又离不开岩石地震波性质的高温高压实验研究。地壳和地幔岩石的地震波性质和各向异性是当今世界地学前沿研究的一项重要内容,该领域横跨了地震学、岩石物理学和构造地质学,在过去一段时间里非常活跃并取得许多重要的成果。本文仅将作者近年来研究岩石地震波性质（例如,岩石波速滞后性,地震波速随围压的变化规律,纵、横波速之间的关系,泊松比等）的部分进展做一简扼的综述,并谨以此纪念已故中国科学院院士张文佑先生诞辰100周年。     

川西地区龙门山前陆地层磁组构与应力研究

四川盆地紧邻龙门山冲断带,研究盆地西部新生代变形,对进一步认识和理解青藏高原隆升具有一定的科学意义。磁化率各向异性对地层应力状态变化非常灵敏。在雅安地区飞仙关镇附近选取9个采点进行岩石磁组构分析,探讨四川盆地西部岩石的构造变形特征。磁组构分析显示出样品具有沉积磁组构和初始变形磁组构特征。磁线理为NE-SW向,与区域褶皱轴方向一致,表明龙门山控制了四川盆地西部的构造变形,并且研究显示该变形发生在新生代。